摘要:海流、温度及压力等复杂海洋环境因素会对微机电系统（micro-electro-mechanical-system，简称MEMS）矢量水听器正常工作产生干扰，影响其对微弱声信号的拾取能力。首先，建立了基于“三明治”式抗流封装结构数学模型，通过仿真得到了不同抗流结构参数对海流噪声抑制效果；其次，利用Comsol软件仿真研究了海水温度、水深（静水压强）等变化对MEMS矢量水听器灵敏度的影响；最后，通过试验验证，得出了“三明治”式抗流封装结构具有20dB以上的抑制流噪声能力，在0~40 ℃的海水温度范围内MEMS矢量水听器的灵敏度变化量小于±0.5dB，在0~12MPa的静水压强范围内灵敏度变化量小于±0.9dB，与理论分析及仿真结果基本一致。

摘要:磁浮轨道梁日照作用下的温度变形是轨道梁静力与动力设计需考虑的重要因素，笔者根据传热学与有限元理论，结合夏季气象参数与日照辐射半经验公式，利用ANSYS建立磁浮线轨道钢箱梁日照温度场三维瞬态模型。首先，分析磁浮轨道梁的最大竖向与横向温差发生时刻的温度梯度分布，基于日照温度场分析结果，计算不同支承形式钢轨道梁的温度变形；然后，将单跨简支、双跨连续形式轨道梁的温度变形作为初始不平顺组成部分，进行车桥耦合动力响应分析。结果显示：温度效应使车体加速度、悬浮气隙幅值增幅较大，对电磁力有所增大，对轨道梁加速度及位移的放大作用则不明显，各动力响应值仍处于规范规定的安全范围内，但安全度有所降低。

摘要:针对激光扩束镜动态连续变倍需求，提出了利用单一中空旋转行波超声电机作为驱动源的连续变倍激光扩束镜。根据变焦准直扩束原理，提出了变倍组透镜和补偿组透镜的移动距离转换关系。采用3D建模软件对扩束镜的凸轮机构、导向机构和驱动机构进行了设计，并进行了受力分析，加工出了一套扩束比为3~6的扩束镜样机。为了降低装置整体的重量，采用聚合物作为超声电机定子的材料。搭建了实验平台，对扩束镜样机的性能进行了测试。结果表明：扩束镜光学扩束效果良好，瞬态性能优良，定位误差小于0.01mm。笔者提出的聚合物质定子超声电机作为扩束镜的驱动变倍激光扩束镜，系统整体重量更小，能够满足扩束镜快速高精度的光学变倍需求。

摘要:针对多片簧车型普遍存在的簧上共振问题，研究了钢板弹簧摩擦力与动刚度、摩擦阻尼系数之间的关系，通过实车道路试验测量了悬架共振问题频率与振幅，在板簧试验机上模拟实际受力变形并测定了等效摩擦力、动刚度和阻尼系数，得知摩擦力导致动刚度数倍于设计刚度是使平顺性恶化的主要原因。基于板簧台架试验的轴荷、振幅、频率等变量研究表明：动、静摩擦力均会使钢板弹簧动刚度增大，但阻尼仅与动摩擦力做功有关。轴荷与动刚度、阻尼正相关，振幅与动刚度负相关，所研究频率对动刚度与摩擦力影响不大。将台架试验的载荷数据施加于钢板弹簧多体动力学模型中模拟悬架共振工况，仿真与试验数据对比所得动刚度、摩擦力、阻尼系数平均误差满足工程要求。本方法有助于建立整车高精度动力学模型，以准确预测整车操纵稳定性和平顺性。

摘要:行星齿轮箱振动信号传递路径具有时变性，各振动分量间相互耦合和调制，拾取的信号往往比较复杂。此外，行星轴承早期故障对应的振动信号微弱，常湮没于背景噪声和较强的齿轮啮合振动信号中，使得行星轴承故障特征提取较为困难。为此，笔者提出一种基于倒谱预白化（cepstral pre?whitening，简称CPW）和谱相关密度（spectral correlation density，简称SCD）的行星轴承内圈故障特征提取方法。首先，采用CPW削弱具有严格周期特性振动分量的能量幅值，增强轴承故障分量的冲击幅值；其次，基于谱峭度算法获取与轴承故障冲击相关的谱峭度最大值时对应的解调频带参数，并获得带通滤波后复包络信号，进而消除解调频带外成分的干扰；最后，基于轴承故障的随机滑动特性，结合SCD提取行星轴承故障振动分量，进而包络谱分析提取出行星轴承故障特征。利用行星轴承内圈故障实测数据验证了方法的有效性。

摘要:针对高速列车转向架振动信号具有非线性、非平稳的特征，以及单通道故障诊断带来的信息不完整问题，提出了一种多元经验模态分解（multivariate empirical mode decomposition ，简称MEMD）和全矢本征模态函数（intrinsic mode function，简称IMF）信息熵相结合的高速列车故障特征提取方法。首先，使用MEMD方法对同源双通道的振动信号进行分解，得到一系列的2元本征模态函数；其次，分别计算前6个IMF的全矢IMF信息熵，通过特征评价方法进行特征维数约简；最后，将得到的特征向量作为支持向量机的输入来识别转向架的故障类型。实验结果表明，该方法能有效提高转向架的故障识别率，最高可达到100%，验证了全矢IMF信息熵在高速列车故障诊断中的可行性。

摘要:针对使用多域特征进行滚动轴承退化评估建模时准确度较低的问题，提出一种基于果蝇优化算法（fruit fly optimization algorithms，简称FOA）集成极限梯度提升树（extreme gradient boosting，简称XGBoost）的轴承退化状态评估方法。提取滚动轴承全寿命周期的时域、频域及时频域等多维特征参数，构建混合域相对特征集，利用相对方均根值初始化轴承退化相应参数，进而利用混合域特征训练XGBoost模型并结合FOA算法对退化评估模型进行参数调优。结果表明：所构建的退化评估模型比常用的支持向量回归（support vactor regerssion，简称SVR）模型在2个数据集上的性能分别提高了27.15%和34.96%，所提方法可以准确有效地评估轴承退化状态。

摘要:以降低500~2 000 Hz频率范围内的钢轨垂向振动为目的，建立了包含钢轨复合吸振器的车辆?轨道垂向耦合振动模型。对比了耦合模型与轨道模型中各典型位置处的钢轨振动响应，说明了耦合模型的重要性；根据峰值频率处振动响应与频段内均方根值两个评价指标，指出了单自由度吸振器的局限性，提出了复合吸振器参数设计的一般步骤；利用振动衰减率对设计路段进行评价，验证了该设计方法的有效性。研究结果表明：考虑车辆影响，钢轨垂向振动能量峰值会产生偏移，且车速的提高会加剧振动响应；相同总质量下，单自由度吸振器对某一特定频率减振良好，而在较宽频带内，复合吸振器能达到更好的减振效果；对复合吸振器的参数设计，通过确定主要影响参数，利用遗传算法进行数值寻优，得到吸振器的最佳设计频率。本工作为钢轨复合吸振器的研究提供了重要的参考依据。

摘要:超声电机的性能与幅值、频率、相位差3个输入参数以及输出信号波形精度等因素密切相关。目前的商用驱动器多采用线性放大或推挽电路，既缺乏三参数调控的灵活性，且体积较大，笔者提出了一种基于现场可编程门阵列（field programmable gate array，简称FPGA）和ARM微处理器，可实现多参数在线调整的小型化驱动器方案，主要聚焦多参数驱动和总线式控制。首先，从控制信号生成和驱动架构设计提出了总体方案，驱动架构选择H桥驱动方式；其次，介绍了功率电路及传感检测电路的设计过程，通过输出波形失真度比较了推挽及H桥驱动的波形质量，经测试H桥方案的电机端输出波形失真度较小（5.25%）；最后，应用所设计的多参数驱动器对超声电机进行基本的性能测试，涵盖变参数转速测试、输出力矩测试以及微步进响应测试等内容。结果表明：所设计的超声电机驱动器不仅实现小型化（85 mm×54 mm×23 mm），而且能够兼顾参数在线快速调整和多传感量检测，有利于电机性能的快速分析及检验，应用该驱动器的测试结果与电机性能参数基本一致，验证了驱动器方案的有效性，为超声电机的多参数耦合控制奠定硬件基础。

摘要:为了优化高速列车空气弹簧的横向动力学特性，以含附加气室与节流阻尼孔的高速列车空气弹簧为研究对象，分析了橡胶气囊在横向变形下的受力状态，采用橡胶材料的本构关系对橡胶气囊的摩擦力、线弹力进行了描述，建立了空气弹簧横向非线性模型。基于实测数据和有限元方法辨识了摩擦力、线弹力和其他动力学参数，试验验证了该模型的准确性，探究了空气弹簧横向刚度特性的影响因素。将该模型直接导入到车辆动力学模型中进行联合仿真，计算空气弹簧模型对车辆运行平稳性、曲线通过性的影响。结果表明：考虑橡胶气囊特性的空气弹簧模型能描述出刚度回滞曲线的两端尖角效应，且与试验曲线更接近；该模型在动力学计算中能降低高速列车的横向平稳性指标，并提高列车通过曲线时的计算精度。

摘要:为了提高超声电机的驱动能力和工作效率，设计了一种矩形板式的贴片四足直线超声电机。电机定子由磷青铜和8片压电陶瓷片组成，4个驱动足分布在矩形板4个顶角。电机利用矩形板的面内一阶纵振和面外反对称弯振相互叠加，在驱动足处形成椭圆运动轨迹，并通过有限元软件对电机进行模态和谐响应仿真分析，分析和验证电机工作原理的可行性。对电机进行实验，激励峰值电压为200V，激励频率为25 810Hz，当预压力为10 N时，电机的最大空载速度为130 mm/s，预压力为12 N时，电机的最大负载为3.5N。结果表明，该电机结构简单，具有较好的输出性能和广阔的应用场景。

摘要:针对实测的主轴位移信号存在噪声污染的问题，提出一种稀疏表征特征提取算法（简称稀疏算法），该算法包括字典集构造和稀疏系数求解两个步骤：根据转子信号的周期性特点构造余弦字典，采用匹配追踪算法根据内积最大原则求解稀疏系数。采用该算法对低信噪比仿真信号中的单个频率和多个频率成分分别进行提取，提取信号的波形与对应的理想信号波形几乎完全重合，从而验证了所提算法的有效性。将此稀疏算法用于大型滑动轴承试验台转子的轴心轨迹提纯，效果优于谐波小波算法。采用笔者提出的算法得到的轴心轨迹清晰、集中，成功识别了转子的晃荡以及不对中状态。此外，该算法同样适用于其他旋转机械的状态识别。

摘要:研究了利用发动机缸体振动信号进行爆震检测和强度评价的方法，提出了一种基于广义正交匹配追踪的改进K?均值奇异值分解（K-means singular value decomposition，简称K-SVD）信号处理方法，将稀疏表达理论引入了发动机爆震特征识别领域。首先，对缸体振动信号进行稀疏分解，得到涵盖爆震特征的稀疏字典以及针对单个信号的稀疏系数；然后，计算重构信号的四阶累积量的自然对数，提出了一种爆震强度评价指标。计算结果表明，该方法对于混有强烈背景噪声的缸体振动信号表现出了良好的降噪和特征提取能力，且提高了运算效率，能够准确区分强烈爆震、轻微爆震和正常燃烧3种状态，证明了该方法在发动机爆震识别领域的应用价值。

摘要:提出一种基于3维声场空间特征的声场诊断方法，并利用轴承故障诊断实验验证声场诊断技术相对于声像诊断技术的优越性。首先，使用声阵列拾取噪声信号，通过谱分析选定故障频率；其次，利用近场声全息技术重构轴承声场，顺序拾取声场法向一个波长内N个空间切片，提取各切片纹理特征构建声场特征模型；最后，采用支持向量机训练样本库，获得最佳声场特征模型，用于后续的诊断辨识。结果表明：基于3维声场空间特征的声场诊断技术比声像诊断技术诊断效果改善了10%以上，有效验证了声场诊断技术的优越性，同时进一步发展了基于阵列测试的声诊断技术。

摘要:为了研究共固化缝合阻尼复合材料（co?cured stitched damping composite，简称CSDC）动力学性能，建立了CSDC方形板的有限元模型，用有限元数值模拟方法研究了CSDC的动力学性能，通过试验与模拟数据的对比验证了模拟方法的有效性。在验证有限元模拟模型基础上，得出结论：随着针距或行距的增大CSDC方形板的1阶模态频率减小，一阶损耗因子增大；阻尼层厚度增加，CSDC方形板的1阶模态频率与模态损耗因子增大；CSDC方形板中的总阻尼层厚度相同，增加结构中的阻尼层数目，可以有效增大结构的模态损耗因子。该结果的实际意义在于可以通过改变共固化缝合阻尼复合材料结构的参数来避免共振现象，为CSDC广泛应用奠定基础。

摘要:针对轻质点阵结构中的脱焊损伤，文中采用高频动态响应特性分析方法，通过测量损伤局部处的共振响应，直接对脱焊点进行定位。基于数值方法计算模拟了轻质点阵结构的高频响应，研究了含多个脱焊损伤的点阵结构在高频段内的固有频率和固有振型。结果显示，损伤处将产生明显的局部共振。在实验验证中提出了采用压电片的宽频激励方式，结合扫描式激光测振仪全场测量，计算得到结构在激励频段的频响函数。通过分析频响函数峰值频率对应的固有振型，准确识别出损伤位置。数值与实验研究结果均表明，对轻质点阵结构的高频响应特性进行模态参数识别，可有效识别定位脱焊损伤。

摘要:提出了基于分区协调耦合推进的翼面热颤振时域研究方法，其中气动力和气动热采用有限体积法求解，且流场空间离散采用AUSM+格式，而结构温度场采用有限元法求解。采用模态叠加法进行结构瞬态响应的求解，在耦合面上采用基于虚拟空间的插值方法进行耦合变量的传递。研究了高超声速翼面的热颤振问题，获得了不同马赫数下的翼面温度场分布。根据“频率重合理论”获得了热环境下翼面一阶弯曲和一阶扭转频率的相互靠近导致了翼面临界颤振速度下降的结论。

摘要:近场脉冲型地震动中包含高能量的低频脉冲，滤波处理中的高通滤波会改变低频与其他频率成分间的相对大小，进而对地震动反应谱产生不可忽视的影响。选取了一组近场脉冲型地震动，根据脉冲频率fp定义6种相对截止频率，研究了非因果性高通滤波对等延性非弹性位移反应谱、等延性位移比谱、等延性强度折减系数谱和能量谱等四类反应谱的影响规律。分析结果表明：非弹性反应谱对滤波参数较为敏感；相对截止频率和延性系数越大，滤波后反应谱的变化越显著。截止频率较大时，在局部微小周期段内，滤波可能导致非弹性反应谱急剧变化；当截止频率小于0.2fp时，反应谱特征无显著变化。因此，脉冲型地震动的高通滤波处理应考虑脉冲频率的影响，合理选取截止频率。

摘要:针对基于先验数据融合的测试性指标评估中存在先验信息互相冲突的问题，提出一种基于多源冲突证据信息融合的测试性评估方法，在传统D?S证据融合方法上，引入兰氏距离进行改进。首先，对各来源不同形式的先验数据，分别利用经验Bayes法和最大熵法对测试性虚拟仿真实验数据、测试性专家经验信息和测试性预计信息进行折合，进而求得对应的测试性指标先验分布参数；然后，通过贝塔函数依次构造其在辨识框架下的基本信任分配函数；最后，通过基于兰氏距离的D?S证据融合改进方法进行信息融合，得到最终评估结果。通过实例分析，验证了笔者提出的方法较传统D?S证据融合方法精度更高。

摘要:为了满足企业准确判定下线车辆的跑偏量是否符合相关标准要求，设计了一套基于车载图像传感器的汽车行驶跑偏自动测试系统。利用Matlab图像处理平台，对图像进行预处理、车道中心线边缘检测及道路拟合，提取车道线特征点的位置坐标，基于坐标转换和跑偏模型，确定被试车辆在测试区域的行驶跑偏量。实际应用表明，该系统安装调试方便，自动化程度高，测量精度高，实时性强，同时也达到了模块化的要求，方便集成，系统运行平稳，更能满足企业测试要求。

摘要:传统的血管介入手术需要医生在X射线下协同操控导丝、导管进行，不可避免的遭受X射线的辐射，而目前的血管介入机器人系统不能在一套装置上操控导丝和导管，限制了其使用范围。为了能在同一装置上操控导丝和导管，研制了基于中空超声电机的新型血管介入手术主从控制机器人系统，实现了在同一套装置中协同操控导丝、导管。根据中空超声电机的中空结构以及低速大扭矩的特点，设计出一种可协同操控导丝和导管的关键机构——中空旋转机构，并根据医生操控导丝和导管的习惯，设计出线性驱动机构。精选了比例?积分?微分控制器（proportion?integral?derivative，简称PID）控制算法并对该系统进行了主从跟随累计误差、滞后时间、最小操控分辨等实验。实验结果显示，系统作旋转运动和直线运动的主从跟随累计误差分别小于0.2°，0.4 mm，最小操控分辨率分别小于0.2°，0.4 mm，滞后时间小于300 ms，满足了临床基本要求。

摘要:为提高发动机故障诊断准确率，提出了基于同步压缩广义S变换（synchrosqueezing generalized S?transform，简称SSGST）与中心对称局部二值模式（center?symmetric local binary patterm，简称CSLBP）的故障诊断方法。首先，针对信号时频分析中的能量泄露、频谱涂抹、频带混叠和时频分辨率较低的问题，基于同步压缩算法与广义S变换提出了SSGST，对缸盖振动信号进行时频分析得到时频聚集性较高的二维时频图；然后，利用CSLBP提取缸盖振动信号时频图的纹理谱特征，并将其输入交叉验证寻优的核极限学习机对发动机进行故障诊断。实验结果表明，SSGST的能量聚集效果好，时频分辨率高，各频带分布较窄且不存在混叠，能够有效分离出非线性混合信号中的各频带分量；时频图的CSLBP纹理谱特征维数较低，且具有良好的类内聚集性和类间离散性；利用交叉验证寻优的KELM对故障特征进行分类，实现发动机故障诊断，获得了较高的诊断速度和精度。

摘要:为解决某大型企业1850四辊铝带冷轧机垂直振动问题，通过现场振动测试与数值仿真相结合的方法，针对轧机不同工况下的动力学特性对轧机系统进行了时域和频域振动特性研究，分析了不同轧制工艺参数对轧机动力学特性的影响。以四辊铝带冷轧机系统六自由度动力学模型为基础，该模型综合考虑了工作界面上的轧制力波动量、界面摩擦过程、工作辊运动过程构成的界面约束多因素耦合模型，对轧机固有特性、主振型及主振型的灵敏度进行了仿真分析。结果表明：轧机系统发生自激振动，工作辊振动核心频率为290 Hz，振动集中频段为250~350 Hz，振源在辊缝，轧制速度、轧件张力、辊缝摩擦状态、轧件厚度等是影响轧制界面耦合的重要因素。支撑辊和机架等部件在该频段的振动是系统交互传递的结果。

摘要:在直齿轮传动系统中，啮合刚度是最重要的内部激励源，其引起的加速度响应特征是对齿轮进行状态监测与故障诊断的重要依据。首先，针对传统集中参数法建立的动力学方程的不足之处，采用2节点梁单元建立了齿轮传动系统全有限元动力学模型；其次，考虑齿轮基圆与齿根圆不重合的情况，采用通用齿廓曲线方程获得完整齿廓曲线的描述模型，进而获得了不同失效形式下的齿轮啮合刚度曲线；最后，采用数值方法对动力学模型进行求解，并与实验观测结果进行对比分析。仿真结果表明，在齿轮局部故障的情况下，其时域图形出现了以主动轮旋转周期为间隔的冲击成分，频域中则在啮合频率附近出现了以主动轮转频为间隔的边频带，冲击成分在时域与频域中的强度与局部故障的程度呈正相关关系。实测加速度信号与理论仿真结果呈现了一致的特点，证明了文中所采用方法的正确性。

摘要:针对加速度传感器在健康监测系统恶劣工作环境下易发生故障的问题，提出一种基于残差空间主元加权统计量的传感器故障诊断方法。首先，将传感器故障采用故障方向和故障幅度向量来表征，并求取传感器故障在残差空间的投影；其次，通过理论推导得出平方预测误差（squared prediction error，简称SPE）统计量与残差空间主向量中各元素呈平方关系，将各元素作为SPE统计量的非线性加权系数；然后，结合贝叶斯推论，采用加权后的SPE统计量计算累积贡献率，并将其作为传感器故障定位的指标。三跨连续梁数值算例结果表明，传统方法对两类常见的增益和偏差故障诊断率分别为5.45%和3.43%，所提方法的诊断率分别为69.8%和100%，且在两种传感器故障类型下均能准确定位故障传感器；意大利帕尔马Lamberti实桥测试数据的算例表明，所提方法对增益故障的诊断率达到77.58%，且能正确定位发生故障的传感器通道。

摘要:由于静压沉桩贯入机理复杂，桩端形式不同是引起静压沉桩贯入特性不同的主要原因之一，故提出了一种应用光纤光栅（fiber Bragg grating， 简称FBG）传感技术监测不同桩端形式静压沉桩贯入特性的新方法。将增敏微型光纤光栅传感器粘贴在开口桩内管外壁，外管外壁通过开槽预埋光纤光栅传感器，分别通过监测内管外壁和外管外壁的竖向变形来分析静压沉桩贯入特性。通过在桩顶和桩端分别安装双模式温度自补偿型光纤光栅土压力传感器和全截面动态轮辐压力传感器的对比分析，说明了该方法适用于开闭口桩静压沉桩测试，为光纤传感技术在岩土工程中的广泛应用提供了新思路。

摘要:基于普遍的销?盘摩擦系统，建立了一个同时考虑摩擦界面的法向与切向振动的非线性四自由度数学模型，基于复特征值分析法和时域分析法研究了系统法向和切向阻尼值对系统稳定性的影响。对系统的雅各比矩阵的复特征值分析表明：法向和切向阻尼值会对系统临界摩擦因数产生重要影响，系统存在一个最优阻尼比使系统的稳定性达到最强。在选取合理阻尼比值的基础上，若同时增大法向和切向的阻尼值有利于进一步提高系统的稳定性，减少摩擦系统不稳定振动的倾向。通过数值模拟计算，在进一步考虑黏滑现象的基础上，对系统动力学行为进行时域分析。结果表明：系统的振动行为会经历振幅增大的滑动阶段、振幅增大的黏滑运动阶段和纯黏滑阶段；同时在低速状态下，系统阻尼值会对振动极限环及黏着时长产生重要影响。